차량 프레임

Vehicle frame
래더 프레임 픽업 트럭 섀시가 차량의 엔진, 드라이브트레인, 서스펜션 및 휠을 고정
유니바디(unibody)는 단위화된 신체를 위한 것이기도 하다. 프로톤 프레베

역사적으로 그것의 섀시라고도 알려진 차량 프레임은 유기체의 뼈대와 유사한 다른 모든 구성 요소가 부착된 자동차의 주요 지지 구조물이다.

1930년대까지, 사실상 모든 자동차는 차체와 분리된 구조 프레임을 가지고 있었다. 이 시공 설계는 차체 온프레임으로 알려져 있다. 1960년대에 이르러 승용차의 유니바디 건설이 보편화되었고, 이후 수십 년 동안 승용차의 유니바디화 경향은 계속되었다.[1]

거의 모든 트럭, 버스, 그리고 대부분의 픽업은 그들의 섀시로 별개의 프레임을 계속 사용한다.

기능들

자동차에 있는 프레임의 주요 기능은 다음과 같다.[2]

  1. 차량의 기계적 구성 요소 및 차체 지지
  2. 과도한 편향이나 왜곡 없이 정적 및 동적 하중을 처리한다.
여기에는 다음이 포함된다.
  • 차체, 승객 및 화물 적재 중량.
  • 울퉁불퉁한 표면을 통과하여 전달되는 수직 및 비틀림.
  • 도로 조건, 측면 바람 및 차량 조향에 의해 발생하는 횡방향 힘.
  • 엔진과 변속기에서 토크를 공급하십시오.
  • 시작 및 가속에서 발생하는 종방향 인장력, 제동에서 발생하는 압축력.
  • 충돌로 인한 갑작스러운 충격.

구조에 따른 프레임 유형:

  • 사다리형 틀
  • X-Type 프레임
  • 오프셋 프레임
  • 크로스 멤버 프레임을 사용한 오프셋
  • 둘레 프레임

프레임 레일

차량의 맨 사다리 프레임
픽업 트럭 프레임. 배경에는 모자 모양의 크로스 멤버, 중앙에는 c자 모양의 레일 및 크로스 멤버, 차축 위에 약간의 호가 표시된다.

일반적으로 차량 섀시와 프레임을 제작하는 데 사용되는 재료는 탄소강 또는 더 가벼운 구성을 달성하기 위한 알루미늄 합금이다. 별도의 섀시의 경우 프레임은 레일이나 빔이라고 하는 구조적인 요소로 구성된다. 일반적으로 강철 채널 섹션으로 제작되며, 강철판을 접거나, 구르거나, 누름으로써 제작된다.

이것들을 위한 세 가지 주요 디자인이 있다. 재료를 두 번 접으면 C자형 또는 모자형(U자형)으로 끝 단면이 벌어진다. "상자형" 프레임에는 섀시 레일을 어떻게든 용접하거나 미리 제조된 금속 튜브를 사용하여 닫히는 섀시 레일이 포함되어 있다.

C자형

C 채널 레일은 거의 모든 종류의 차량에 한 번 또는 다른 때에 사용되어 왔다.[citation needed] 그것은 평평한 강철 조각(보통 1/8"에서 3/16"까지 두께가 다양하지만 일부 중형[3][4] 트럭에서는 1/2" 이상)을 취하여 양쪽을 굴려 차량의 길이를 달리는 C자 모양의 빔을 형성함으로써 만들어진다.

모자

모자 프레임은 "U"와 유사하며, 열린 부분이 아래를 향하도록 우측 위 또는 반전될 수 있다. 그것들은 약점과 녹슬기 쉬운 경향 때문에 일반적으로 사용되지 않는다. 그러나, 그것들은 1936-1954년 시보레 자동차와 일부 스터디베이커에서 발견될 수 있다.

상자형 레일 및 튜브 섹션을 사용하는 고성능 사용자 지정 프레임

한동안 버려졌던 이 모자 프레임은 기업들이 유니바디 자동차 바닥까지 용접을 시작하면서 인기를 되찾아 사실상 박스형 프레임을 만들었다.

상자 모양의

원래 박스형 프레임은 두 개의 일치하는 C-레일을 용접해 직사각형 관을 형성하는 방식으로 만들어졌다. 그러나 현대의 기법은 강철 조각이 네 면으로 구부러진 다음 양쪽 끝이 만나는 곳에서 용접된다는 점에서 C-레일 제작과 유사한 과정을 사용한다.

1960년대에, 전통적인 미국 자동차의 박스형 프레임은 솔기 아래 여러 곳에서 스폿 용접되었다. NASCAR "스톡카" 레이서로 바뀌었을 때, 그 박스는 추가적인 힘을 위해 끝에서 끝까지 연속적으로 용접되었다.

설계 피쳐

금속으로 만들어진 단순한 형태로 얼핏 나타나면서 프레임은 엄청난 스트레스를 받고 그에 맞게 제작된다. 첫 번째 문제는 "빔 높이" 또는 프레임의 수직 면의 높이입니다. 프레임이 클수록 프레임 상단에 힘을 가할 때 수직 굴곡에 잘 저항할 수 있다. 세미트럭이 두께만 두껍지 않고 다른 차량보다 프레임 레일이 더 높은 이유다.

외관과 승차감, 핸들링 등이 소비자에게 중요해지면서 새로운 모양들이 프레임에 접목됐다. 이 중 가장 눈에 띄는 것은 아치와 킥업이다. 양쪽 차축 위로 곧장 달려가는 대신, 아치형 프레임은 차축과 수평이 되도록 낮은 곳에 앉고 차축 위로 커브를 올린 다음 반대쪽으로 내려가 범퍼 배치를 한다. 킥업도 반대편에서 굽히지 않고 같은 일을 하며 앞쪽 끝에서 더 흔하다.

또 다른 특징은 차량 실내 앞에서 수직 또는 수평으로 좁아지는 테이퍼형 레일이다. 이는 차량 앞부분이 뒷부분만큼의 하중을 견디지 못하기 때문에 무게를 줄이고 엔진을 위한 공간을 약간 늘리기 위해 주로 트럭을 대상으로 한다. 설계 개발에는 동일한 프레임 레일에서 둘 이상의 형상을 사용하는 프레임이 포함된다. 예를 들어, 일부 픽업 트럭은 택시 앞에 상자형 프레임이 있고, 택시 아래에는 더 짧고 좁은 레일이 있으며, 침대 아래에는 일반 C 레일이 있다.

둘레 프레임에서는 레일이 전면에서 중앙으로, 중앙에서 후방으로 연결되는 부분이 일반 프레임에 비해 약하기 때문에 이 구간이 박스 안으로 들어가 이른바 '토크박스'가 만들어진다.

종류들

전신 언더바디 프레임

주요 기사: 보디온프레임

사다리틀

대각선 교차 브레이싱 및 조명 구멍이 있는 래더 섀시

사다리와 닮았다고 해서 이름 붙여진 사다리 프레임은 가장 오래되고 단순하며 가장 자주 사용되는 차체 하부 섀시/프레임 디자인 중 하나이다. 그것은 차량의 길이를 운행하는 대칭 보, 레일 또는 채널 두 개로 구성되며, 여러 횡방향 크로스 멤버로 연결된다. 원래 거의 모든 차량에서 볼 수 있었던 사다리 프레임은 주변 프레임과 단위 차체 구조로 점차 차체에 유리하게 배치되었다. 지금은 대형 트럭에서 주로 볼 수 있다. 이 설계는 전면에서 후면까지 연속 레일이 있어 빔 저항이 좋으나 단순하고 수직인 크로스 멤버를 사용할 경우 비틀림이나 뒤틀림에 대한 저항이 낮다. 차량의 전체 높이는 플로어 팬의 안쪽이 아닌 프레임 위에 위치하기 때문에 더 클 것이다.

1962년 Lotus Elan의 백본 섀시

백본관

주요 기사: 백본 섀시

백본 섀시는 차체 온프레임 설계와 유사한 섀시를 갖춘 자동차 구조 유형이다. 2개의 세로 평행 프레임 레일을 가진 비교적 평평하고 사다리와 같은 구조 대신, 파워트레인을 운반하고 전면과 후면 서스펜션 부착 구조물을 연결하는 단일 중심 관 모양의 백본(일반적으로 단면 직사각형)으로 구성된다. 비록 등뼈가 종종 위쪽으로 그리고 대부분 차량의 바닥 위로 당겨지지만, 몸은 여전히 위에서 이 구조물에 얹혀 있거나 위에 놓여 있다(때로는 가로지른다).

X-프레임

롤링 X-프레임 섀시

이것은 1950년대 후반과 1960년대 초반 제너럴 모터스의 풀사이즈 모델에 사용된 설계로, 엔진 옆에 있는 레일이 객실에서 교차하는 것처럼 보였으며, 각각 차량의 맨 뒷부분에서 크로스 멤버의 반대쪽 끝으로 이어진다. 각 열은 프레임 레일도 커버해야 하기 때문에 변속기와 프로펠러축 혹의 크기 증가와 상관없이 차량의 전체 높이를 낮추기 위해 특별히 선택되었다. 여러 모델에는 차축과 프레임 사이의 관례적인 막대가 아니라 위시본의 소켓에 연결된 차동 위에 있는 볼 조인트에 의해 차동선이 프레임의 크로스 멤버에 연결되었다.

X-프레임은 이전 설계에서 개선되었다고 주장되었지만, 측면 레일이 부족하여 측면 충격과 충돌 보호를 적절하게 제공하지 못했다.[5] 이 디자인은 둘레 프레임으로 대체되었다.

둘레 프레임

둘레 프레임이 있는 Bertone FW11 프로토타입

사다리 프레임과 유사하지만 프레임 레일의 중간 부분은 로커와 실 패널 내부에 조수석 발밑 공간 주위로 배선된 전면 및 후면 레일의 바깥쪽에 위치한다. 이를 통해 바닥 팬, 특히 승객 발 밑을 낮출 수 있어 승객의 좌석 높이를 낮출 수 있었고, 그에 따라 지붕선과 전체 차량 높이와 무게중심이 모두 감소하여 승용차의 핸들링과 노면 보관이 개선되었다.

이것은 유니바디가 인기를 끌기 전까지는 미국에서 널리 사용되는 차체형 자동차의 디자인이 되었지만, 나머지 세계에서는 그렇지 않았다. 예를 들어, 허드슨은 1948년에 3세대 코모도어 모델에 이 건축물을 도입했다. 이 프레임 유형은 값비싼 구조 변경 없이 1950년대에 판매를 늘리기 위해 도입된 연간 모델 변경과 낮은 차종을 허용했다. 2011년 단종된 포드 팬더 플랫폼은 미국의 마지막 경계 프레임 승용차 플랫폼 중 하나였다.[6] 그러나 4~7세대 쉐보레 코르벳은 내부 골격과 통합된 둘레 프레임을 이용해 조개껍질 역할을 했다.

낮은 지붕 외에도, 둘레 프레임은 그것이 바람직할 때 낮은 좌석 위치를 허용하고 측면 충격 시 더 나은 안전성을 제공한다. 단, 전면에서 중앙, 후면으로의 전환 영역이 빔과 비틀림 저항을 감소시키고, 토크 박스와 소프트 서스펜션 설정과 조합하여 사용되기 때문에 설계에 강성이 결여되어 있다.

플랫폼 프레임

주요 기사: 플랫폼 섀시

이것은 강도와 강성을 위해 객실 바닥 및 때로는 러기지 컴파트먼트 바닥이 내하력 부품으로 프레임에 통합되어 있는 주변 프레임 또는 백본 프레임의 수정이다. 부품을 조립하는 데 사용되는 판금에는 힘을 주기 위해 굴곡과 구멍으로 도장을 찍어야 한다.

플랫폼 섀시는 몇몇 성공적인 유럽 자동차에 사용되었는데, 특히 폭스바겐 비틀은 "Body-on-Pan" 건설이라고 불렸다. 또 다른 독일 사례로는 1950~60년대 메르세데스-벤츠 '폰턴' 자동차가 있는데,[7] 이 차는 영어 광고에서 '프레임 플로어'로 불렸다.

800만 대 이상이 만들어진 프랑스 르노4도 플랫폼 프레임을 사용했다. 시트로엥 2CV의 프레임은 차체 아래 플랫폼 섀시에 대한 매우 최소의 해석을 사용했다.

VW 비틀 "플랫폼 프레임" 섀시
르노 4 "플랫폼 프레임" 섀시
폴크스바겐 프레임 설계가 튼튼한 백본에 크게 의존하는 상황에서 르노 설계는 일반적인 주변 프레임 설계에 훨씬 가깝다.

스페이스프레임

주요 기사: 스페이스 프레임 § 자동차
재규어 C타입 프레임

(관형) 스페이스프레임 섀시에서 서스펜션, 엔진, 차체 패널은 3차원 골격의 튜브 프레임에 부착되며 차체 패널은 구조적 기능이 제한되거나 없다. 강성을 극대화하고 무게를 최소화하기 위해 설계는 삼각형을 최대로 사용하는 경우가 많으며, 각 스트럿의 모든 힘은 인장 또는 압축성이며 절대 구부러지지 않기 때문에 가능한 한 얇게 유지할 수 있다.

최초의 진정한 우주 프레임 섀시는 1930년대에 건축이나 항공기 설계에서 진정한 우주 프레임의 이론을 이해한 벅민스터 풀러와 윌리엄 부쉬넬 스타우트(Dymaxion과 Stout Scarab)에 의해 제작되었다.[8]

르망에서 24시간 두 번 우승한 1951년형 재규어 C형 레이싱 스포츠카는 경량 다관 삼각형 프레임을 갖고 있었는데, 그 위에 공기역학적 알루미늄 차체가 만들어졌다.

1994년 아우디 A8은 알루미늄 섀시를 장착한 최초의 대중 시장용 자동차로 알루미늄 공간 프레임을 차체에 통합함으로써 실현 가능했다. 이후 모든 아우디 A8 모델은 알코아와 공동 개발한 이 시공법을 사용했으며 아우디 스페이스 프레임으로 판매됐다.[9]

슈퍼레게라(Superlegera, '초경량'이라는 뜻)라는 이탈리아 용어는 카로세리아 투어링이 공간 프레임 섀시만 닮은 경량 스포츠카 차체 구조를 위해 상표권을 부여했다. 차체 아래 있는 것 외에 펜더와 라디에이터, 뚜껑, 지붕 위로 달려 올라가는 좁은 튜브의 케이지로 구성된 3차원 프레임을 사용하여 후면 창문 아래는 지오데틱 구조를 닮았다. 피부는 프레임의 바깥쪽에 부착되어 있으며, 종종 알루미늄으로 만들어진다. 그러나 이 차체 구조는 응력을 견디지 못하며 여전히 섀시를 추가해야 한다.

유니바디

통합 Unibody 예제
시트로엥 트랙션 아반트 단위체(1934년)
1942년 나시 앰배서더 600 컷어웨이 그림
빨간색과 주황색으로 표시된 Saab 9000 "안전 셀"(2005)
폴스키 피아트 126p는 바닥 아래 용접 보강재를 보여주지만 뚜렷한 프레임은 보이지 않는다.

"유니바디"와 "유닛바디"라는 용어는 "유닛바디", "유니터리 구조" 또는 (완전히) 통합된 차체와 프레임/섀시의 줄임말이다. 이는 다음과 같이 정의된다.[10]

차량 본체, 평면 및 섀시가 단일 구조물을 형성하는 차체/프레임 구조 유형. 이러한 설계는 별도의 차체와 프레임을 가진 차량보다 일반적으로 가볍고 단단하다.

차량 구조는 기존의 차체 구조에서 이제는 대부분의 자동차에 사용되는 가벼운 유닛화/통합 차체 구조로 바뀌었다.[11]

일체형 프레임과 차체 구조는 단순히 압축되지 않은 차체를 일반적인 프레임에 용접하는 것 이상을 필요로 한다. 완전하게 통합된 차체 구조에서 차량 전체는 차량이 경험하는 모든 하중, 즉 주행의 힘 및 화물 부하를 처리하는 적재 장치다. 바퀴 달린 차량의 일체형 차체는 일반적으로 미리 형성된 금속 패널과 기타 구성부품을 용접하거나 전체 섹션을 하나의 조각으로 구성 또는 주조하거나 이러한 기법을 조합하여 제조한다. 이것을 모노코크 구조라고도 부르기도 하지만 자동차의 외피와 패널은 하중을 견디도록 만들어져 있기 때문에 차체 보강을 위한 갈비, 벌크헤드, 박스 섹션이 남아 있어 세미모노코크에 대한 설명이 더욱 적절하다.

그러한 설계 기법을 개발하기 위한 첫 시도는 1922년 란시아 람다(Lancia Lambda)로 어뢰 차체에 구조적 강성과 하체 높이를 제공했다.[12] 람다는 지붕이 벗겨지지 않은 개방된 배치로 모노코크 껍데기가 덜하고 그릇처럼 생겼다. 1000개가 생산되었다.[13]

단일체를 개발하는 데 핵심적인 역할은 현재 티센크루프 버드라는 미국 회사가 맡았다.[13] 버드는 별도의 프레임에 장착되는 프레스강 보디워크를 자동차회사 닷지, 포드, 뷰익, 그리고 프랑스 회사인 시트로엥에 공급했다.

1930년, 버드의 엔지니어인 Joseph Redwinka는 완전한 단일 구조로 자동차 프로토타입을 설계했다.[14]

시트로엥은 시트로엥 트랙션 아반트를 위해 이 완전히 단일화된 차체 디자인을 구입했다. 이 대량생산차는 1934년 도입돼 이후 23년간 76만대가 팔렸다.[13] 이 애플리케이션은 실, 기둥 및 지붕 빔을 포함한 구조용 케이지에 스폿 용접된 깊은 스폿 용접된 강철 시트를 사용하여 차체와 섀시의 현대적 구조 통합의 첫 번째 반복이었다.[12] 트랙션 아반트는 별도의 프레임이 없는 유니터리 차체 외에도 4륜 독립 서스펜션, 전륜 구동 등 다른 혁신 기술도 선보였다. 결과는 개방된 평평한 내부를 가진 저슬링 차량이었다.[15]

크라이슬러 기류(1934–1937) 버드는 기류 본체의 3개 주요 부분을 크라이슬러가 브리지 트러스 구조라고 부르는 곳에 용접했다. 불행히도 크라이슬러 공기 흐름의 경우 이 방법은 이상적인 방법이 아니었다. 패널 장착은 좋지 않았다.[13] 회의적인 대중에게 유니바디의 강점을 납득시키기 위해 시트로엥과 크라이슬러 모두 벼랑에서 밀려난 후 생존하는 자동차들을 보여주는 광고 영화를 만들었다.[13]

오펠은 1935년에 시작된 콤팩트 올림피아 생산으로, 유럽인으로는 두 번째, 독일인으로는 최초로 유니바디 구조의 자동차를 생산했다. 더 큰 카피탄은 1938년에 생산에 들어갔지만, 그것의 전면 세로 빔은 따로 도장을 찍고 나서 본체에 부착되었다. 그것은 매우 성공적이었고, 소련은 1946년의 GAZ-M20 포베다를 오펠 카피테른으로부터 복제된 유니바디 구조를 생산했다.[16] 이후 1950년 소련 리무진 GAZ-12 ZIM은 3.2m(126인치)의 휠베이스가 긴 자동차에 유니바디 디자인을 도입했다.[17]

기존의 전면 엔진, 후륜 구동 레이아웃을 갖춘 1936년형 링컨 제피어는 유니바디 구조를 활용했다.[18] 1941년까지 유닛 건설은 더 이상 자동차에 대한 새로운 아이디어가 아니었지만, "그것은 [미국] 저가 분야에서는 전례가 없는 일이었다. 그리고 내시는 그 시장의 더 큰 몫을 원했다."[19][20] 나시 600의 단일 단위 차체 구조는 체중 절감을 제공했고, 내시의 회장 겸 CEO인 조지 W. 메이슨은 "유니바디가 미래의 물결"이라고 확신했다.[21][22]

그 이후로 더 많은 차들이 "업계에서 고려된 표준"인 유니바디 구조로 재설계되었다.[22] 1960년까지 디트로이트의 빅3가 소형차(포드 팔콘, 플리머스 발리안트, 쉐보레 코르바이어)에 유닛화 차체 디자인을 사용하였다. 내쉬가 허드슨 모터스와 합병하여 아메리칸 모터스 코퍼레이션(American Motors Corporation)을 설립한 후, 램블러 배드(Rambler)의 자동차들은 유니바디의 변형을 독점적으로 계속 구축하였다.

1934년 크라이슬러 기류는 차체에 용접된 프레임과 차체 골격이 평소보다 약해 뻣뻣함을 제공했지만 1960년 크라이슬러는 차체 온프레임 구조에서 대부분의 자동차에 대한 차체 설계로 전환했다.[23]

대부분의 미국제 유니바디 자동차는 진동과 섀시 플렉스를 줄이기 위해 차량 설계에 토크 박스를 사용했지만, 프론트 에이프런 볼트 온(erronely subframe)이 장착된 Chevy II는 예외였다. 1970년대 후반 아메리칸 모터스(파트너 르노와 함께)는 신형 Hornets나 4륜구동 이글스와 같은 승용차에 사용된 제조 원리(유니사이드, 일체형 프레임 레일 및 크럼플 존이 있는 플로어팬, 루프 패널)를 사용하여 지프 체로키(XJ) 플랫폼을 설계할 때 유니바디 공법을 통합했다. "유니프라임[...]이라 불리는 프레임의 종류는 "유니프라임[...]이 강한 유닛-바디 구조물에 용접된 견고한 스탬프 철골 프레임으로, 유니바디 시공의 중량 이점과 함께 기존의 무거운 프레임의 강도를 부여한다."[24] 이 디자인은 또한 크라이슬러에 의해 흡수되기 전에 아메리칸 모터스가 개발한 XJC 개념과 함께 사용되었고, 후에 지프 그랜드 체로키(ZJ)가 되었다. 이 디자인은 지프 그랜드 체로키와 같은 현대식 스포츠 유틸리티 차량에도 여전히 사용되고 있다.

유니바디는 이제 대중 시장 자동차와 크로스오버가 선호하는 건설이다. 이 설계는 중량 절감, 공간 활용도 개선, 제조 용이성 등을 제공한다. 1970년대 두 차례의 에너지 위기 이후, 트럭 플랫폼을 사용한 소형 SUV(주로 미국 시장)가 2005년 이후(대차 기반 소형 SUV는 2000년대 후반부터 단계적으로 폐지되고 크로스오버로 대체됨)의 기준이 적용되면서 수용은 극적으로 증가했다. 튼튼한 차체의 또 다른 장점은 승객들을 위한 향상된 충돌 보호에 있다.

부분 프레임

서브프레임

주요 기사: 서브프레임
람보르기니 아벤타도르는 카본 파이버 중앙 모노코크(central monocoque)를 가지고 있으며, 전면 및 후면 강철 서브프레임이 장착되어 있어 기계 장치를 장착할 수 있다.

서브프레임은 차량 구조물의 특정 섹션을 보강하거나 보완하기 위한 독특한 구조 프레임 구성요소다. 일반적으로 유니바디나 모노코크에 부착되는 이 견고한 서브프레임은 엔진과 구동렬의 큰 힘을 처리할 수 있으며, 유닛화된 차체 쉘의 상대적으로 얇은 판금 영역으로 고르게 전달할 수 있다. 서브프레임은 흔히 차량의 앞쪽이나 뒷쪽 끝에서 발견되며 서스펜션을 차량에 부착하는 데 사용된다. 서브프레임에는 엔진과 변속기도 포함될 수 있다. 일반적으로 압착형 또는 박스형 강철 구조지만 관형 및/또는 기타 재료일 수 있다.

Examples of passenger car use include the 1967–1981 GM F platform, the numerous years and models built on the GM X platform (1962), GM's M/L platform vans (Chevrolet Astro/GMC Safari, which included an all-wheel drive variant), and the unibody AMC Pacer that incorporated a front subframe to isolate the passenger compartment from engine, suspension, 그리고 조향 [25][26]하중

참고 항목

참조

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